吸水树脂抑制水泥混凝土自收缩效果的测试装置及其评价方法

技术领域

本发明属于交通工程和建筑工程技术领域，具体涉及一种吸水树脂抑制水泥混凝土自收缩效果的测试装置及其评价方法。

背景技术

高性能的混凝土目前得到广泛的应用，但由于其水胶比较低，混凝土会出现较强的收缩，特别是在水化早期，其容易出现开裂等病害，直接影响了混凝土的使用性能。传统养生方式诸如湿制养护、化学养护仅能对路表混凝土进行养生，难以保证水分浸润内部，致使因水分丧失造成的早期收缩开裂无法根治，并存在路面板内、外部强度及耐久性不均匀等问题。因此，混凝土结构中形成的裂缝主要诱因是水泥混凝土的自收缩。

吸水树脂内养生技术将吸水树脂与内养生水共同引入并均匀分布在混凝土中，吸液后的吸水树脂“微型水囊”可在浆体湿度下降、孔溶液离子浓度或 pH 值增加时及时释水，进一步促进胶凝材料水化，优化水化产物结构，提升力学及抗渗性能，从而提高其耐久性。高吸水性树脂能改善混凝土的收缩，当混凝土内部相对湿度降低时，在毛细孔压力和湿度梯度下释放水分，进而保持内部相对湿度在较高水平来抑制自收缩和干燥收缩。

在吸水树脂水泥混凝土制备时，吸水树脂的掺量对水泥混凝土自收缩性能具有明显的影响，掌握吸水树脂水泥混凝土的自收缩性能从降低混凝土自收缩、保持混凝土体积稳定性角度优选吸水树脂材料和配方。目前有较多的水泥混凝土自收缩评价方法，常用的主要有应变仪法、千分表法、测长仪法、弓形螺旋测微计法、应变计和位移传感器等方法。但这些方法主要集中于一个侧面事实上，混凝土试件的膨胀存在不均匀性，仅对某侧面变形测试，无法体现混凝土试件整体的膨胀性能；混凝土在早期收缩时的变形量非常小，以上方法的精度难以保证；同时以上方法测试时存在对试件的人为干扰，且需要将试件从养生室内搬出，无法实时、无扰动的测试试件养生期间的动态变形情况。

发明内容

本发明提供了提供一种吸水树脂抑制水泥混凝土自收缩效果的测试装置及其评价方法，无需将试件从养生室内搬出，可实现混凝土养生期间收缩变形的精确、动态观测,从而高精度、动态、快速的评价树脂抑制水泥混凝土自收缩的评价效果，便于从降低混凝土自收缩、保持混凝土体积稳定性角度优选吸水树脂材料和配方。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种吸水树脂抑制水泥混凝土自收缩效果的测试装置，包括箱体、温度加热装置、湿度控制装置、外框架及计算机控制系统；所述的箱体为全透明并且内部侧壁的两侧分别设置温度加热装置；所述的箱体的顶部设置湿度控制装置，底部设有蓄水槽，箱体的一侧设有外开门A；所述的蓄水槽通过导管连接湿度控制装置；所述的蓄水槽内设有开口向上的壳体，壳体的开口处安装有用于支撑混凝土试件的透明板；所述的透明板表面的中间设有激光反光标记点A；所述的壳体内部设有竖直向上的激光三维扫描仪A；所述的箱体侧边的四个内侧表面中心分别设有激光反光标记点B，所述的箱体上侧内表面中心设有激光反光标记点C；

所述的箱体外侧设置外框架；所述的外框架的四个内侧表面面中心分别设有水平朝内的激光三维扫描仪B，所述的外框架的上内侧表面设有竖直向下激光三维扫描仪C；所述的激光三维扫描仪A的位置与激光反光标记点A相对应；所述的外框架的四个激光三维扫描仪B的位置分别与箱体的四个激光反光标记点B一一相对应；所述的激光三维扫描仪C的位置与激光反光标记点C相对应；所述的外框架设有与外开门A同侧的外开门B；所述的湿度控制装置包括湿度传感器、泵体和安装在箱体内顶部的水雾喷嘴；所述的湿度传感器设置在箱体内的侧壁；所述的泵体通过管道连接水雾喷嘴；所述的计算机控制系统分别与温度加热装置、湿度控制装置、激光三维扫描仪A、激光三维扫描仪B、激光三维扫描仪C电性连接。

作为进一步技术改进，所述的温度加热装置采用鳍片式散热管形电热器。

作为进一步技术改进，所述的激光反光标记点为亚铁磁性，粒径2cm。

作为进一步技术改进，所述的壳体内的激光三维扫描仪A距离箱体内的中心位置20cm；所述的外框架顶部的激光三维扫描仪C距离箱体内的中心位置20cm；所述的外框架的四个激光三维扫描仪B分别与箱体内的中心位置相距20cm。

作为进一步技术改进，所述的水雾喷嘴采用六头式水雾喷嘴式。

本发明所述的吸水树脂抑制水泥混凝土自收缩效果的测试装置的评价方法，包括以下步骤：

步骤S1：室内制备两组150mm×150mm×150mm的水泥混凝土试件，一组为吸水树脂水泥混凝土试件，记为实验组A；另一组为未掺入吸水树脂的普通水泥混凝土试件，记为对照组B，除了吸水树脂外，两组混凝土试件的材料、级配和制备工艺均相同；

步骤S2：根据激光反光标记点A、4个激光反光标记点B、激光反光标记点C的位置，采用激光三维扫描仪A、激光三维扫描仪B、激光三维扫描仪C确定初始坐标系，并在实验组A及对照组B的每个表面正中心设置六个激光反光标记点；

步骤S3：启动温度加热装置、湿度控制装置，其中温度加热装置的加热温度范围为0～150℃，升温速率为5℃/min，降温速率为2/min，温度变动范围在±0.8℃，温度均匀度为±2℃；湿度控制装置的喷出水雾粒径范围10～20μm，湿度控制范围5RH～98RH %，温度变动范围在±2%RH；箱体内按照设定的温、湿度参数运行1h后，将实验组A及对照组B置于箱体内，实验组A及对照组B距离不少于10cm；采用激光三维扫描仪A、激光三维扫描仪B、激光三维扫描仪C在固定点扫描实验组A和对照组B，建立实验组A及对照组B的初始坐标和三维云数据；

步骤S4：根据不同的时间间隔0h、3h、6h、12h、24h、48h、96h、192h，采集实验组A及对照组B的三维云数据，通过扫描仪内置的软件和计算机控制系统的CAD软件，重构建立不同时间点实验组A及对照组B的三维图和六视图，获得实验组A及对照组B的体积V

步骤S5：分别计算实验组A及对照组B的表面积与体积的比值，即比表面积：：I

β

β

其中：β

步骤S6：进行吸水树脂抑制水泥混凝土自收缩效果的评价：

与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

1.本发明可以高精度地、动态地、快速地获得水泥混凝土养生期间的表面积和体积的变形量，得到实验试件的收缩情况；通过对比吸水树脂水泥混凝土试件和未掺入吸水树脂的普通水泥混凝土试件在不同时刻的收缩率大小，评价吸水树脂抑制水泥混凝土自收缩的效果，便于从降低混凝土自收缩、保持混凝土体积稳定性角度优选出吸水树脂材料和配方。

2.本发明采用封闭式观察，避免人为干扰，无需将试件从箱体内搬出，可实时、无扰动的测试试件养生期间各个表面的动态变形情况。

附图说明

图1 为本发明正视结构示意图。

图2 为本发明俯视结构示意图。

图3 为为本发明实施例中收缩率与时间的关系曲线。

其中，上述各图标记及其对应的部件名称如下：

1-箱体，11-蓄水槽，12-透明板，13-外开门A，2-温度加热装置，3-湿度控制装置，31-泵体，32-水雾喷嘴，4-激光反光标记点A，5-外框架，51-外开门B，6-激光三维扫描仪C，7-壳体,8-实验组A，9-对照组B。

具体实施方式

为使基本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例：

如附图1-2所示，本实施例的一种吸水树脂抑制水泥混凝土自收缩效果的测试装置，包括箱体1、温度加热装置2、湿度控制装置3、外框架5及计算机控制系统；所述的箱体1为全透明并且内部侧壁的两侧分别设置温度加热装置2；所述的箱体1的顶部设置湿度控制装置3，底部设有蓄水槽11，箱体1的一侧设有外开门A13；所述的蓄水槽11通过导管连接湿度控制装置3；所述的蓄水槽11内设有开口向上的壳体7，壳体7的开口处安装有用于支撑混凝土试件的透明板12；所述的透明板12表面的中间设有激光反光标记点A4；所述的壳体7内部设有竖直向上的激光三维扫描仪A；所述的箱体1侧边的四个内侧表面中心分别设有激光反光标记点B，所述的箱体1上侧内表面中心设有激光反光标记点C；

所述的箱体1外侧设置外框架5；所述的外框架5的四个内侧表面面中心分别设有水平朝内的激光三维扫描仪B，所述的外框架5的上内侧表面设有竖直向下激光三维扫描仪C6；所述的激光三维扫描仪A的位置与激光反光标记点A4相对应；所述的外框架5的四个激光三维扫描仪B的位置分别与箱体1的四个激光反光标记点B一一相对应；所述的激光三维扫描仪C6的位置与激光反光标记点C相对应；所述的外框架5设有与外开门A13同侧的外开门B51；所述的湿度控制装置3包括湿度传感器、泵体31和安装在箱体1内顶部的水雾喷嘴32；所述的湿度传感器设置在箱体1内的侧壁；所述的泵体31通过管道连接水雾喷嘴32；所述的计算机控制系统分别与温度加热装置2、湿度控制装置3、激光三维扫描仪A、激光三维扫描仪B、激光三维扫描仪C6电性连接。

所述的温度加热装置2采用鳍片式散热管形电热器。

所述的激光反光标记点4为亚铁磁性，粒径2cm。

所述的壳体7内的激光三维扫描仪A距离箱体1内的中心位置20cm；所述的外框架5顶部的激光三维扫描仪C6距离箱体1内的中心位置20cm；所述的外框架5的四个激光三维扫描仪B分别与箱体1内的中心位置相距20cm。

所述的水雾喷嘴32采用六头式水雾喷嘴式。

本实施例所述的吸水树脂抑制水泥混凝土自收缩效果的测试装置的评价方法，包括以下步骤：

步骤S1：采用硫铝酸盐水泥（42.5级）、细集料为河砂（II 区砂）、细度模数为2.87、粗集料为碎石、粒径分档为 4.75-9.5、9.5-19mm、聚羧酸缓凝高效减水剂、快硬高强外加剂、吸水树脂、自来水。按照水灰比0.4，5-10 mm粗骨料：10-20 mm粗骨料：细骨料：用水量：外加剂：树脂=390：910：670：139：2.9：0.34制备吸收树脂水泥混凝土（实验组A8），另外按照水灰比0.4，5-10 mm粗骨料：10-20 mm粗骨料：细骨料：用水量：外加剂=390：910：670：139：2.9制备普通水泥混凝土（实验组B），将以上混凝土在模具中制备为150mm×150mm×150mm的水泥混凝土试件。一组为吸水树脂水泥混凝土试件，记为实验组A8；另一组为未掺入吸水树脂的普通水泥混凝土试件，记为对照组B9，除了吸水树脂外，两组混凝土试件的材料、级配和制备工艺均相同。

步骤S2：提前在箱体1内部六面正中心设置六个激光反光标记点，采用激光三维扫描仪A、激光三维扫描仪B、激光三维扫描仪C6确定初始坐标系，并在实验组A8和对照组B9的表面正中心设置六个激光反光标记点。

步骤S3：打开温度加热装置2、湿度控制装置3，按照设定的温度（20±2℃）、湿度为95%，水雾粒径为15μm，运行1h后，将实验组A8和对照组B9置于箱体1内，实验组A8和对照组B9相隔距离12cm。采用激光三维扫描仪6在固定点扫描实验组A8和对照组B9，建立实验组A8和对照组B9的初始坐标和三维云数据。

步骤S4：根据不同的时间间隔0h、3h、6h、12h、24h、48h、96h、192h，采集实验组A8及对照组B9的三维云数据，通过扫描仪内置的软件和计算机控制系统的CAD软件，重构建立不同时间点实验组A8及对照组B9的三维图和六视图，获得实验组A8及对照组B9的体积V

表1 实验组A和对照组B在不同时刻的体积和总表面积

步骤S5：分别计算实验组A8及对照组B9的表面积与体积的比值，即比表面积：I

β

β

比较两组比表面积大小；则t时刻两组试件的收缩率计算公式如下：

β

β

其中：β

表2 实验组A和对照组B在不同时刻的表面积与体积的比值

表3 实验组A和对照组B在不同时刻的收缩率

步骤S6：吸水树脂抑制水泥混凝土自收缩效果的评价方法如下：

从表3和附图3可知，在本次试验3-192h的时间内，β

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。